水利水电工程边坡稳定性分析与支护技术研究

 吴凯

 安徽鼎方规划设计有限公司

摘要：水利水电工程边坡作为工程建设的核心组成部分，其稳定性直接决定工程安全运行与使用寿命，受地质条件、水文环境、施工扰动等多因素影响，易发生滑坡、崩塌等地质灾害。本文结合近年来水利水电工程实践，系统分析边坡稳定性的影响因素，阐述常用稳定性分析方法的原理与应用场景，探讨各类支护技术的适用条件、施工要点及应用效果，结合工程实际优化支护方案，提出针对性改进建议，为水利水电工程边坡稳定性防控与支护工程设计、施工提供理论支撑与实践参考，保障工程长期安全稳定运行。

关键词：水利水电工程；边坡稳定性；稳定性分析；支护技术；施工优化

一、引言

水利水电工程多建于河谷、峡谷等复杂地质区域，边坡工程作为枢纽工程的重要组成部分，承担着挡土、防渗、保护主体结构的关键作用。随着我国水利水电工程向高海拔、高陡边坡方向发展，边坡失稳引发的工程事故频发，不仅造成巨大经济损失，还威胁施工人员生命安全。因此，深入研究边坡稳定性影响因素，完善稳定性分析方法，优化支护技术应用，对提升水利水电工程建设质量、防范地质灾害具有重要现实意义。本文围绕边坡稳定性分析与支护技术展开系统研究，结合近期工程实践与研究成果，为工程应用提供参考。

二、水利水电工程边坡稳定性的影响因素

2.1地质条件因素

地质条件是决定边坡稳定性的核心因素，直接影响边坡岩土体的力学性质与结构完整性。岩土体类型与性质是基础，岩质边坡的稳定性主要取决于岩体强度、节理裂隙发育程度，裂隙越发育，岩体完整性越差，抗剪强度越低，易发生滑移破坏；土质边坡则受土壤颗粒级配、黏聚力、内摩擦角影响，黏性土边坡遇水易软化，砂性土边坡易发生渗透变形。此外，地质构造如断层、褶皱等会破坏岩土体连续性，形成潜在滑动面，降低边坡整体稳定性。区域地震活动也会加剧边坡失稳风险，地震产生的地震波会破坏岩土体结构，增大孔隙水压力，导致边坡抗滑能力急剧下降。

2.2水文环境因素

水文环境是影响边坡稳定性的重要外部因素，主要通过改变岩土体力学性质、产生水压力作用破坏边坡平衡。地下水的渗透作用会带走岩土体中的细颗粒，导致岩土体孔隙增大、密实度降低，同时地下水压力会抵消部分岩土体有效应力，降低抗剪强度，长期渗透还会形成地下渗流通道，加剧边坡失稳。地表水的冲刷与侵蚀会破坏边坡坡面，削弱坡脚支撑力，尤其是暴雨天气，大量雨水渗入岩土体，使土体含水量增加、重度增大，同时引发坡面径流冲刷，进一步降低边坡稳定性。此外，库水位的升降会导致边坡岩土体处于反复干湿交替状态，产生膨胀收缩变形，破坏岩土体结构完整性。

2.3施工与人为因素

施工过程中的不合理操作与人为扰动是引发边坡失稳的重要诱因。边坡开挖过程中，若开挖坡度过大、开挖顺序不合理，会破坏原有岩土体应力平衡，导致应力集中，引发边坡变形；开挖过程中未及时清理坡脚岩土体，会削弱坡脚支撑能力，增加滑坡风险。施工过程中的爆破作业会产生振动，破坏岩土体结构，诱发裂隙扩展，尤其是高陡边坡，爆破振动的影响更为显著。此外，工程建设中的堆载、排水系统不完善等人为因素，会改变边坡受力状态与水文条件，进一步降低边坡稳定性。同时，后期工程运维过程中的不当操作，也会加剧边坡老化与失稳风险。

三、水利水电工程边坡稳定性分析方法

3.1极限平衡分析法

极限平衡分析法是水利水电工程边坡稳定性分析中应用最广泛、最成熟的方法之一，其核心原理是假设边坡岩土体达到极限平衡状态时，滑动面上的剪力等于岩土体抗剪强度，通过建立力学平衡方程，计算边坡稳定安全系数，判断边坡是否稳定。该方法操作简便、计算效率高，适用于各类边坡的初步稳定性分析，尤其适用于滑动面明确的边坡。常用的极限平衡分析方法包括瑞典条分法、毕肖普条分法、杨布法等，其中瑞典条分法假设滑动面为圆弧面，忽略条间作用力，计算简便但精度较低；毕肖普条分法考虑条间法向作用力，精度较高，适用于复杂地质条件下的边坡分析。在实际工程应用中，需结合边坡地质条件选择合适的分析方法，同时合理选取岩土体力学参数，确保分析结果的准确性。近年来，随着工程实践的深入，极限平衡分析法不断优化，结合数值模拟技术，进一步提升了分析精度与适用范围。

3.2数值模拟分析法

随着计算机技术的发展，数值模拟分析法在边坡稳定性分析中得到广泛应用，其核心原理是将边坡岩土体离散为有限个单元，通过建立力学模型，模拟岩土体的应力、应变状态，分析边坡在不同工况下的稳定性。常用的数值模拟方法包括有限元法、有限差分法、离散元法等，其中有限元法适用于连续岩土体的稳定性分析，能够准确模拟岩土体的非线性变形与应力分布，适用于复杂地质条件下的高陡边坡、大型边坡分析；有限差分法计算效率高，适用于动态模拟边坡开挖、降雨等工况下的稳定性变化；离散元法适用于离散岩土体如破碎岩体、散粒体边坡的稳定性分析，能够模拟岩土体颗粒间的相互作用。数值模拟分析法的优势的是能够直观呈现边坡内部应力、应变分布规律，预测边坡失稳趋势与破坏模式，为支护方案设计提供科学依据，但该方法对岩土体力学参数的选取要求较高，需结合室内试验与现场勘察数据合理确定。

3.3现场监测分析法

现场监测分析法是通过在边坡现场布设监测设备，实时采集边坡位移、沉降、应力、孔隙水压力等参数，结合监测数据分析边坡稳定性状态，及时发现边坡失稳隐患，为工程防控提供数据支撑。该方法是边坡稳定性分析的重要补充，能够实现对边坡稳定性的动态监测，弥补传统分析方法的局限性。常用的监测指标包括边坡表面位移、深层位移、沉降量、孔隙水压力、岩土体应力等，监测设备主要有位移计、沉降计、孔隙水压力计、应力计等。在实际工程应用中，需根据边坡地质条件、工程规模，合理布设监测点，确保监测数据的全面性、准确性与连续性。通过对监测数据的分析，能够判断边坡变形趋势，识别潜在失稳风险，当监测数据超过预警值时，及时采取防控措施，避免边坡失稳事故发生。同时，监测数据还可用于验证稳定性分析方法与支护方案的合理性，为工程优化提供依据。

四、水利水电工程边坡支护技术

4.1锚杆支护技术

锚杆支护技术是水利水电工程边坡支护中最常用的主动支护技术之一，其核心原理是通过将锚杆插入边坡岩土体内部，利用锚杆与岩土体之间的黏结力、摩擦力，将边坡表层岩土体与深层稳定岩土体连接为一个整体，传递岩土体应力，限制边坡变形，提升边坡稳定性。锚杆支护技术适用于各类岩质边坡、土质边坡，尤其适用于高陡边坡、破碎岩体边坡的支护。在施工过程中，需先进行钻孔，确保钻孔深度、孔径符合设计要求，然后将锚杆插入钻孔，注入锚固剂，待锚固剂凝固后，对锚杆进行张拉，确保锚杆发挥支护作用。锚杆的类型主要有水泥砂浆锚杆、树脂锚杆、预应力锚杆等，其中预应力锚杆能够主动施加预应力，有效限制边坡变形，适用于稳定性较差的边坡。施工过程中，需严格控制锚杆材质、锚固剂质量、钻孔精度与张拉工艺，确保支护效果。近年来，锚杆支护技术不断创新，结合智能监测技术，实现对锚杆受力状态的实时监测，进一步提升了支护安全性与可靠性。

4.2喷射混凝土支护技术

喷射混凝土支护技术是一种被动支护技术，其核心原理是将混凝土通过喷射设备高压喷射到边坡坡面，形成一层连续、致密的混凝土支护层，覆盖边坡表面，保护岩土体免受地表水冲刷与风化侵蚀，同时增强边坡表层岩土体的整体性与抗剪强度，限制边坡表层变形。该技术适用于各类边坡的表层支护，尤其适用于破碎岩体、风化岩体边坡，能够快速封闭坡面，防止岩土体剥落、坍塌。喷射混凝土支护技术分为干喷、湿喷两种工艺，湿喷工艺具有喷射效果好、粉尘少、混凝土强度高的优势，在实际工程中应用更为广泛。施工过程中，需合理控制混凝土配合比、喷射压力、喷射厚度，确保支护层与边坡岩土体紧密结合，无空鼓、裂缝等缺陷。为提升支护效果，可在喷射混凝土中加入钢筋网，形成钢筋网喷射混凝土支护，增强支护层的抗拉、抗剪能力，适用于边坡变形较大的场景。

4.3抗滑桩支护技术

抗滑桩支护技术是一种重型支护技术，主要用于稳定性较差、存在明显滑动面的边坡，尤其适用于深层滑坡、大型边坡以及高陡岩质边坡的支护，其核心原理是通过在边坡滑动面下方布设抗滑桩，利用抗滑桩的抗剪、抗弯能力，阻挡边坡岩土体滑动，传递滑动推力，将边坡岩土体的滑动势能转化为抗滑桩的承载力，从而提升边坡整体稳定性。该技术具有支护效果好、承载能力强、稳定性高、使用寿命长等优势，在大型水利水电工程边坡支护中应用广泛，能够有效遏制深层滑坡隐患，保障工程主体结构安全。抗滑桩的类型主要有钢筋混凝土抗滑桩、预应力抗滑桩、钢管抗滑桩等，其中钢筋混凝土抗滑桩凭借承载能力强、耐久性好等特点，应用最为普遍。桩径、桩长需根据边坡地质条件、滑动推力大小、岩土体力学性质等因素合理设计，桩径一般为1-2.5m，桩长需确保桩底嵌入稳定岩土体不少于3-5m，确保抗滑桩能够有效发挥抗滑作用。施工过程中，主要采用钻孔灌注桩工艺，先进行钻孔作业，钻孔采用回旋钻、冲击钻等设备，钻孔过程中做好泥浆护壁，防止孔壁坍塌，及时清理孔内沉渣，确保钻孔质量。钻孔完成后，绑扎钢筋骨架，钢筋骨架需符合设计要求，确保其抗拉、抗弯性能，随后浇筑混凝土，混凝土采用高强度商品混凝土，浇筑过程中采用导管法连续浇筑，防止出现断桩、蜂窝、麻面等缺陷。浇筑完成后，及时进行养护，养护时间不少于14天，确保桩体强度达到设计标准。同时，抗滑桩可与锚杆、喷射混凝土、锚索等支护技术结合使用，形成复合支护体系，进一步提升边坡稳定性，适用于地质条件复杂、滑动风险较高的水利水电工程边坡。在实际工程应用中，需严格控制抗滑桩的施工精度、混凝土浇筑质量与养护工艺，定期对桩体质量进行检测，确保支护工程的安全性与耐久性，为水利水电工程长期安全稳定运行提供保障。

五、结论

水利水电工程边坡稳定性受地质条件、水文环境、施工扰动等多因素综合影响，边坡失稳会严重威胁工程安全运行与人员财产安全，因此，加强边坡稳定性分析与支护技术研究具有重要意义。本文通过系统研究得出以下结论：地质条件是决定边坡稳定性的核心因素，水文环境与施工人为因素是重要诱发因素，三者相互作用，共同影响边坡平衡状态；极限平衡分析法、数值模拟分析法、现场监测分析法各有优势，在实际工程中需结合边坡实际情况，合理选用分析方法，确保分析结果的准确性；锚杆支护、喷射混凝土支护、抗滑桩支护是常用的边坡支护技术，各自具有适用场景与施工要点，可根据边坡稳定性等级、地质条件，单独或组合使用，形成科学合理的支护体系。未来，需结合水利水电工程向高海拔、高陡边坡发展的趋势，进一步优化稳定性分析方法，研发新型支护材料与技术，提升支护工程的安全性、耐久性与经济性，同时加强边坡动态监测与运维管理，及时排查失稳隐患，确保水利水电工程长期安全稳定运行。

参考文献

[1]尚旭东，陈莉丽，龚盛，等.开挖岩坡动态卸荷分区及其支护设计优化[J].水利水运工程学报，2025（2）：84-94.

[2]董莹,孙莹莹.水利水电施工中边坡开挖支护技术的应用策略研究[J].科海故事博览，2025（25）：46-47.

[3]任贵通，韩嘉伦.基于强度折减法的坝体边坡稳定性分析[J].土木工程，2025，14（4）：822-830.

[4]徐超群.伊洛瓦底江河道水位及微型木桩对土质边坡变形和稳定的影响[J].水利水电科技进展，2024，44（3）：78-84.

[5]张磊，王浩，李娟.水利水电工程高陡边坡加固防护技术的创新与实践[J].水利学报，2023，54（7）：821-830.

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